精准型工业系统要求新的数据转换准确度水平

电路架构

具 ppm 级保证线性度和准确度的 LTC2378-20对于许多精准型工业系统而言是一个具颠覆性的产品。LTC2378-20 采用一种专有架构进行设计，此架构可确保线性度并最大限度地减弱其对于温度和其他工作条件变化的敏感性。因此，在整个工作温度范围内保证了前所未有的 2ppm INL 规格指标。

SAR ADC 算法基于二进制搜索原理。把模拟输入采样至一个电容器，并与一个利用 SAR 算法选择的基准电压之分数进行顺序比较。SAR ADC 包括 3 个关键性组件：一个基于电容器的数-模转换器 (CDAC)、一个快速低噪声比较器电路和一个逐次逼近寄存器。传统 SAR ADC 的 INL 性能有可能受限于 CDAC 中个别电容器的有限匹配准确度，而且很多高精度 SAR ADC 均采用模拟或数字修整方法以改善匹配准确度。然而，当温度变化以及施加封装和电路板应力时，CDAC 电容器匹配准确度总是会下降，并有可能限制 ADC 的线性度。

通过运用一种专有架构 (该架构使得 INL 不受 CDAC 电容器失配的影响)，LTC2378-20 实现了其最先进的 INL 性能，从而使其拥有了针对严酷工业环境中所存在的那一类温度变化和封装应力效应的出色坚固性。此外，还对比较器电路进行了谨慎的设计以平衡速度、功率和噪声指标，最终使 LTC2378-20 实现了前所未有的 104dB 信噪比 (SNR) 以及仅 21mW 的功耗 (在 1Msps)，且并未引入任何的周期延迟。SAR ADC 系列的 LTC2378-20 之功耗与采样速率成比例，所以当它们工作在 1ksps 时功耗仅为微瓦级。

准确度和速度

LTC2378-20 所实现的准确度水平以前只可通过使用速度低得多的 ADC 架构 (例如：ΔΣ ADC 或多斜率 ADC) 来获得。高通道数自动化测试设备常常采用这种慢速 ADC 架构以完成高精度 DC 测量，并利用多路复用器以使单个仪表能够服务于多个输入。ADC 转换时间通常可在很宽的范围内调节，以牺牲速度硖岣叻直媛省２还，当采样速率高于 100ksps 时，测量分辨率常常被限制在 16 位以下。LTC2378-20 每秒能获取百万个读数，每个读数具有 2.3ppm 的噪声分辨率 (噪声的标准偏差，104dB SNR)。可采用数字方式将同一模拟信号多个读数的结果组合起来以改善噪声分辨率，并产生超过多斜率 ADC 的性能。例如，通过对 10 个样本块进行平均处理，LTC2378-20 实际上工作在 1Msps/10 = 100ksps 下，并具有一个 0.7ppm 的噪声分辨率 (114dB SNR)。

ΔΣ ADC 和多斜率 ADC 可通过配置而在一个观测 / 积分周期中对一个模拟输入信号进行平均处理，以抑制噪声和干扰。通常采用一个 100ms 的观测周期来同时抑制 50Hz 和 60Hz 线路频率干扰，从而产生一个仅为 10sps 的吞吐速率。相应地，当采用一个多斜率 ADC 时，服务于 10 个多路复用通道将需要整整一秒钟的时间。图 2 示出了单个工作在 102.4ksps 采样速率下的 LTC2378-20 ADC，其配置有一个多路复用电路，以在 100ms 的观测周期内同时测量所有 10 个信号 (交错式)。在保持与 100ms 观测周期相对应的线路频率干扰抑制的同时，吞吐速率有所增加，增加倍数为复用通道数 (这里是 10 倍，但还可以更高)，从而大幅度提高了自动化测试设备的生产率。在此实例中，通过对在观测周期中取自每个通道的 1024 个样本进行平均处理可增加噪声分辨率，并提供 22 位的噪声分辨率 (0.07ppm 或 70nVrms)。平均运算可利用一个简单的加法器 (用可编程逻辑或处理器可轻松实现) 来完成。因此，LTC2378-20 显著提升了测量速度，同时保持了先前架构的重要优势。

图 2：LTC2378-20 配置为在 100ms 的观测周期内对 10 个模拟输入同时进行读取和平均操作